可缩放的液体浸没冷却系统的制作方法
【专利摘要】一种用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统。所述系统包括多个模块化的系统元件，例如电子设备机壳、歧管、水泵、以及热交换器单元。所述模块化的系统元件允许所述液体浸没冷却系统被等比例地扩大或减小以适应变化的需求。此外，所述元件的模块化提高了可携带性，允许所述电子系统的较为方便的运输以及架设/拆卸。
【专利说明】
可缩放的液体浸没冷却系统
技术领域
[0001]本文所公开的内容涉及电子系统，例如服务器计算机、刀片服务器、磁盘阵列/存储系统、固态存储器装置、存储区域网络、网络附加存储、存储通信系统、路由器、电信基础设施/交换机、有线、光学及无线通信装置、单元处理器装置、打印机、电源及其他的液体浸没冷却。
【背景技术】
[0002]对电子设备进行液体浸没以通过与液体冷却剂的直接接触来冷却电子设备是已知的。电子设备的液体浸没冷却的示例被公开于美国专利7095106、7403392等文件中。电子设备的液体浸没冷却相对于电子设备的气体冷却具有很多优点，包括:通过取消对风扇的需求以及减少HVAC冷却而取得的较高的能效;通过消除风扇噪音而获得的更安静的操作；适用于恶劣的环境中，因为电子设备被容纳在密封的、液密的机壳中，该机壳保护电子设备免受湿气、盐分、沙土、灰尘、以及其他污染物的侵害；以及通过降低或防止电子设备的热疲劳、腐蚀以及污染而取得的高可靠性。
[0003]对于一些类型的电子系统，例如服务器，按比例增大或减小该等电子系统以改变容积和性能的能力有时是需要的。按比例增大或减小可以通过改变被设置在机壳内的电子元件的数量，或者通过使用处于一个阵列，例如服务器阵列中的多个处于彼此分离的机壳内的系统来实现。
【发明内容】
[0004]—种用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统被描述。该系统包括多个模块化的系统元件，例如电子设备机壳、歧管、水栗、以及热交换器单元。所述模块化的系统元件允许所述液体浸没冷却系统被等比例地扩大或减小以适应变化的需求。此外，所述元件的模块化提高了可携带性，允许所述电子系统的较为方便的运输以及架设/拆卸。
[0005]所述模块化的系统元件包括多个系统分组，每个系统分组包括至少一个电子设备机壳以及歧管、水栗和至少一个热交换器，所述至少一个电子设备机壳被设计成最佳地与这些元件协同工作。
[0006]每个电子设备机壳包括其液密的至少一部分，该部分用于约束冷却液，例如绝缘冷却液，以及待进行液体浸没冷却的电子设备的壳体。整个机壳可以都是液密的，或者所述机壳可能具有干燥部分，在该干燥部分一些电子设备不会和容纳待进行液体浸没冷却的电子设备的液密部分一起被进行液体浸没冷却。所述机壳中的每一个都可以具有相同的物理尺寸(即物理上的大小)或者不同的物理尺寸。有至少一个液体入口通到所述机壳的所述液密部分中，用于允许冷却液体输入到所述机壳中；还有至少一个液体出口从所述机壳的所述液密部分引出，用于允许冷却液体从所述机壳中输出。所述液体入口和液体出口也可以设有阀门式的快速连接耦合结构，当被与所述系统流体隔断时，该结构自动关闭以将液体保持在机壳内；并且该结构在被流体连接到另一个系统元件时自动打开。
[0007]每个机壳中的电子设备可以是组成任何电子系统的任何电子设备。在一个实施方式中，所述电子设备是高功率密度的电子设备。例如，所述电子设备可以被设计成使得所述电子设备用作服务器计算机、刀片服务器、磁盘阵列/存储系统、固态存储器装置、存储区域网络、网络附加存储、存储通信系统、路由器、电信基础设施/交换机、有线、光学及无线通信装置、单元处理器装置、打印机、电源及其他多种设备。
[0008]每个机壳中的电子设备可以被设计成执行彼此相同或不同的功能。例如，每个机壳中的电子设备可以被设计成使得它们中的每一个都用作服务器计算机系统。另外，每个机壳中的电子设备可以被设计成具有彼此相同或者相当的电气性能，或者每个机壳中的电子设备可以具有不同的电气性能。例如，如果所述电子设备被设计成用作服务器计算机系统，所述电子设备可以具有相同的计算或处理能力，或者每个计算机的计算或处理能力可能不同。
[0009]每个歧管包括冷却剂输送歧管部分，其具有多个间隔的出口，用于流体连接到所述机壳上的所述液体入口；还包括冷却剂返回歧管部分，其具有多个间隔的入口，用于流体连接到所述机壳上的所述液体出口。所述歧管的尺寸可以不同，以便适应于连接到更大或更小数量的电子设备机壳和/或适应于连接到可能需要输出和收回更多或更少的冷却液，以便充分冷却电子设备的电子设备机壳。
[0010]所述水栗中的每一个都可以根据它们需要与之协同工作的电子设备机壳、歧管、以及热交换器单元而具有不同的水栗性能。水栗性能可以被用任何适当的方式测量，这些方式包括但不限于以每个时间单位内被栗出的液体的量计量的水栗容量、输出压力、水栗扬程等等。所述水栗可以具有适于栗出冷却液的现有技术中已知的任何机构设计。
[0011]所述热交换器单元中的每一个都可以具有不同的热交换性能，并且每个热交换器单元都被具体设计用来和电子设备机壳、歧管及水栗的具体组合共同使用，以便提供冷却液的充分冷却。例如，所述热交换器单元可以具有不同的尺寸和不同的热交换区域。可选择地，具有相同尺寸(或者相同的热交换性能)或不同尺寸(或者不同的热交换性能)的两个或多个热交换器单元可以被串接在一起，从而改变整体的热交换性能以便共同地冷却所述冷却液。
[0012]所述热交换器单元可以被设计用于任何类型的热交换，例如传导或对流，也可以具有任何类型的流程配置，包括但不限于平行流、反流、及交叉流。在一个实施方式中，所述热交换器单元被埋在地下。在另一个实施方式中，所述热交换器单元被布置在水体中，例如湖中或者储水的水箱中。在一个实施方式中，所述热交换器单元同时容纳所述电子设备冷却液和与所述电子设备冷却液交换热量的液体冷却剂例如水。由所述液体冷却剂回收的热能可以而后被用于其他用途。
[0013]所述模块化的系统元件之间的流体连接可以通过适合的软管实现，所述软管具有用于连接到各种元件的快速连接流体耦合结构。所述软管还可以具有允许适应于不同的流体流量，以及甚至允许调节系统压力的不同尺寸。
【附图说明】
[0014]图1示意性地描绘了本文所描述的一种模块化液体浸没冷却系统的系统分组，其中所述系统分组包括电子设备机壳、歧管、水栗和热交换器单元。
[0015]图2示出了可以被和所述模块化的液体浸没冷却系统共同使用的多个模块化的电子设备机壳。
[0016]图3是所述模块化的电子设备机壳中的一个的立体图，其侧壁中的一个被移除以不出该机壳的内部。
[0017]图4A、4B和4C示出了可以被和所述模块化的液体浸没冷却系统共同使用的模块化的歧管和水栗的不同组合。
[0018]图5A及5B示出了可以被和所述模块化的液体浸没冷却系统共同使用的两个尺寸不同的热交换器单元。
[0019]图6A、6B和6C示出了将模块化的热交换器单元从一个串接到另一个以提高热交换性能的示例。
[0020]图7示出了本文中描述的模块化的液体浸没冷却系统的一个实施方式的一种示例性的应用。
[0021]图8示出了本文中描述的模块化的液体浸没冷却系统的一个实施方式的另一种示例性的应用。
[0022]图9示出了本文中所描述的模块化液体浸没冷却系统的一个实施方式的再另一种示例性的应用。
[0023]图10示出了所述模块化的热交换器单元的细节。
[0024]图11是图10中的所述热交换器单元的端部试图，其中端盖被移除。
[0025]图12示出了可以被用于控制通过所述热交换器单元的流体通路的流动路线的端盖的不例。
[0026]图13示出了图12中的所述端盖的两条示例性的流动路线。
[0027]图14A和14B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
[0028]图15A和15B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
[0029]图16A和16B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
[0030]图17A和17B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
[0031]图18A和18B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
[0032]图19A和19B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
[0033]图20A和20B示出了通过所述热交换器单元的流动路线的另一个可行的实施方式。
【具体实施方式】
[0034]图1-20示出了模块化元件、系统分组、以及用于冷却电子系统的模块化的液体浸没冷却系统的各种示例。所述冷却系统由模块化的元件组成，所述模块化的元件允许所述冷却系统被等比例地放大或缩小以适应于变化的冷却需求。此外，所述元件的模块化提高了所述冷却系统的可携带性，允许液体浸没冷却的电子系统被相对容易地运输和架设/拆卸。
[0035]每个冷却系统都对构成任何电子设备系统的电子设备进行液体浸没冷却。在一个实施方式中，所述电子设备是高功率密度的电子设备。例如，所述电子设备可以被设计成使得所述电子设备用作服务器计算机、刀片服务器、磁盘阵列/存储系统、固态存储器装置、存储区域网络、网络附加存储、存储通信系统、路由器、电信基础设施/交换机、有线、光学及无线通信装置、单元处理器装置、打印机、电源及其他多种设备。
[0036]用于浸没所述电子设备的冷却液可以是，但不限于，绝缘的液体。所述冷却液可以是单相或双相的。优选地，所述冷却液具有足够高的热传递能力以便调节由被浸没的电子设备元件产生的热量的总量，使得冷却液不会改变性状。足够的冷却液存在于每个电子设备机壳中，以便浸没人们希望浸没的产生热量的元件。因此，在某些情况下，冷却液可以基本上充满整个电子设备机壳，而在其他一些情况下冷却液可以仅部分地充满机壳。
[0037]以下所述的各种模块化的系统元件可以被设置到多个系统分组中，所述多个系统分组中的一个被示出在图1中。如图1所示，每个系统分组10包括至少一个模块化的电子设备机壳12、以及模块化的歧管14、模块化的水栗16和至少一个模块化的热交换器单元18，所述至少一个电子设备机壳12被设计成最佳地与这些元件协同工作。该等元件12、14、16、18中的每一个都被设计成模块化的以允许所述系统被等比例地放大或缩小。
[0038]在该被示出的示例中，所述模块化的机壳12被通过冷却液供应管线20和冷却液返回管线22流体连接到所述模块化的歧管14，所述冷却液供应管线20将冷却液进给到所述机壳12中以便冷却所述机壳12内部的电子设备;所述冷却液返回管线22从所述机壳中或者所述冷却液的后续冷却过程中导出被加热的冷却液。
[0039]继续参考图1，在一个实施方式中，所述水栗16具有流体连接到所述歧管14的入口24和流体连接到所述热交换器单元18的出口26，以便从所述歧管14把被加热的冷却液栗出到所述热交换器单元18。所述冷却液在所述热交换器单元中被冷却，而后通过返回管线28返回到所述歧管，在所述返回管线28处所述冷却液通过所述供给管线20被引导回到所述机壳中。可选择地，在被用虚线示出的另一个实施方式中，被加热的冷却液被直接从所述歧管中导出到所述热交换器单元，在所述热交换器单元被冷却，而后被水栗栗回到所述歧管中。
[0040]所述模块化的电子设备机壳被示出在图2及图3中。图2示出了三个尺寸不同的电子设备机壳12a、12b、12c。所述电子设备机壳12a_c中的每一个都包括其至少一部分，该部分为液密的以用于阻挡冷却液，且每一个机壳都容纳有需要进行液体浸没冷却的电子设备。整个机壳可以都是液密的，或者该机壳可以具有干燥部分，在该干燥部分某些电子设备元件不会和容纳所述需要进行液体浸没冷却的电子设备的液密部分一起受到液体浸没冷却。
[0041]所述电子设备机壳12a、12b、12c被显示为具有不同的物理尺寸，其中机壳12a在尺寸上是最小的，机壳12b大于机壳12a，而机壳12c是最大的。然而，如有需要，该等机壳可以都具有相同的物理尺寸(即物理上的大小)。另外，这些电子设备机壳12a_c中的多于一个可以被同时使用在一个系统中，并且所述机壳12a_c可以被以任何数量共同使用而组成一个系统。也可以采用少于或多于三个尺寸不同的机壳。
[0042]除了不同的物理尺寸，所述机壳12a_c在整体结构上通常是相似的。具体而言，参考图2及图3，每个机壳包括至少一个进入所述机壳的所述液密部分中以允许冷却液输入到所述机壳中的液体入口 30，以及至少一个从所述机壳的所述液密部分引出以允许冷却液从所述机壳中输出的液体出口 32。所述液体入口和液体出口也可以设有阀门式的快速连接耦合结构，其在被与所述系统流体隔断时自动关闭以将液体保持在所述机壳内，并且其在被流体连接到其他系统元件时自动打开。所述阀门式的快速连接親合结构与液密机壳的共同使用被描述在美国专利7905106中。
[0043]每个机壳可以被用任何合适的材料，包括但不限于塑料、金属例如挤制铝材、以及类似材料形成。在一个实施方式中，所述机壳12a_c被设计成兼容于且可以安装在机壳支架上，或者所述机壳12a_c可以被设计成能够彼此堆叠的。如同最佳地见于图3中的那样，每个机壳12a-c容纳有在使用时被浸没到冷却液中的电子元件34。所述电子元件34可以组成任何电子设备系统。在一个实施方式中，所述电子设备34是高功率密度的电子设备。例如，所述电子设备34可以被设计成使得所述电子设备用作服务器计算机、刀片服务器、磁盘阵列/存储系统、固态存储器装置、存储区域网络、网络附加存储、存储通信系统、路由器、电信基础设施/交换机、有线、光学及无线通信装置、单元处理器装置、打印机、电源及其他多种设备。
[0044]在每个机壳12a_c中的电子设备34可以被设计用来执行彼此相同或不同的功能。例如，在每个机壳12a-c中的电子设备34可以被设计成使得它们中的每一个都用作服务器计算机系统。可选择地，在一个机壳中的电子设备可以被设计用来作为服务器计算机系统，而在另一个机壳中的电子设备可以被设计用来作为数据存储器系统。
[0045]另外，在每个机壳中的电子设备可以被设计成具有彼此相同的或者相当的电气性能，或者在每个机壳中的电子设备可以具有不同的电气性能。例如，如果电子设备被设计用来作为服务器计算机系统，所述电子设备可以具有相同的运算或处理性能，或者每个电子设备的运算或处理性能可以不同。
[0046]因为所述机壳12a_c具有不同的尺寸，或者当多个机壳12a_c被一起使用在一个系统中时，冷却的要求会变化并且可能需要不同的冷却液的量和/或处于不同压力下的冷却液以达到最佳的冷却。因此，当被使用的机壳12a_c改变时，模块化的歧管14、模块化的水栗16和至少一个模块化的热交换器单元18可以被改变以适应不同的冷却要求。
[0047]参考图4A-C，多个歧管14a_c/水栗16a_c的组合被示出。所述歧管14a_c被以基本相同的形式构建，除了它们的尺寸不同。同样地，所述水栗16a_c是基本相同的，除了它们的性能不同。也可以采用少于或多于三个歧管/水栗的组合。
[0048]每个歧管14a_c包括制冷剂输送歧管部40，其具有用于流体连接到所述机壳12a_c上的所述液体入口 30的多个间隔的液体出口 42;还具有制冷剂返回歧管部44，其具有用于流体连接到所述机壳12a-c上的所述液体出口 32的多个间隔的液体入口 46。所述输送歧管部40包括至少一个入口 48(见于图1中)，被冷却的冷却液通过该入口 48进入所述歧管部40。另外，所述返回歧管部44包括至少一个出口49(图4A-C)，被加热的冷却液通过该出口 49流出，以便被所述热交换器单元18冷却。
[0049]所述歧管部40、44和所述歧管14a_c中的出口 42及入口 46的数量可改变，以适应于连接到更大或更小数量的电子设备机壳和/或适应于连接到可能需要输出和回收用于电子设备的充分冷却的更多或更少的冷却液的电子设备机壳。例如，在被不出的不例中，所述歧管14a是最小的，具有最小的歧管部40、44和两个出口 42及入口 46 ；所述歧管14b是中等的尺寸，具有在体积上大于所述歧管14a的歧管部的歧管部40、44，并且具有三个出口 42及入口46;并且所述歧管14c是最大的尺寸，具有在体积上大于所述歧管14a、14b的歧管部的歧管部40、44，并且具有五个出口 42及入口 46。
[0050]每个歧管14a_c可以由任何合适的材料制成，所述材料包括但不限于塑料、金属例如挤制铝材、或其类似物。
[0051]所述水栗16a_c被设计成每个都具有根据它们将要与之协同工作的电子设备机壳12a_c、歧管14a_c、以及热交换器单元18而定的不同的水栗性能。此处所用的“水栗性能”的意思是对水栗的性能的任何可以量化的测量，包括但不限于以每个时间单位内被栗出的液体的量计算的水栗容量、输出压力、水栗扬程等等。在图4A-C中，水栗16a用于和歧管14a共同使用，因此具有最低的性能；水栗16b用于和歧管14b共同使用，因此具有高于水栗16a的性能;而水栗16c用于和歧管14c共同使用，因此具有最高的性能。每个水栗16a-c都具有其入口 24，所述入口 24连接到对应的歧管14a-c的歧管部44的出口。
[0052]所述水栗可以具有适于栗出冷却液的现有技术中已知的任何机构设计，例如离心栗。在一个实施方式中，所述水栗16a_c被交流/直流电流驱动，并且被封装在坚固的外壳中，以便在恶劣的环境中使用所述水栗。
[0053]在一个实施方式中，所述歧管14a和所述水栗16a被设计用来冷却一个或多个机壳，所述机壳中具有在使用中产生高达大约5千瓦(kW)的能量的电子设备;所述歧管14b和所述水栗16b被设计用来冷却一个或多个机壳，所述机壳中具有在使用中产生大约5kW到大约15kW之间的能量的电子设备;而所述歧管14c和所述水栗16c被设计用来冷却一个或多个机壳，所述机壳中具有产生大约15kW到大约30kW之间的能量的电子设备。
[0054]图5A及5B示出了热交换器单元18a、18b的两个示例。所述热交换器单元18a、18b具有不同的热交换性能，且每个热交换器单元被具体地设计用于和特定的电子设备机壳、歧管及水栗的组合公共使用，以便给冷却液提供充分的冷却。例如，在图5A、5B中示出的示例中，所述热交换器单元18a、18b可以具有不同的尺寸和不同的热交换面积，并且所述热交换器单元18a被设计用于和5kW的电子设备系统共同使用，而所述热交换器单元18b被设计用于和1kW的电子设备系统共同使用。然而，也可以采用多于两个的具有不同的热交换性能的热交换器。
[0055]所述热交换器单元18a、b的具体结构的进一步的细节将会被参照图10-20在下面讨论。但是大体上，每个热交换器单元18a、b为基本上呈细长形状的结构，具有第一轴向端部50和第二轴向端部52，且具有设于其大致从所述第一端部50到所述第二端部52沿轴向连续地延伸的外部表面上的多个延长的、径向延伸的热交换翅片。待冷却的被加热的冷却液通过入口54而经过所述轴向端部中的一个被输入到每个热交换器中，且被冷却的冷却液通过出口 56而经过所述轴向端部中的一个被输出。在图5A、B中示出的示例中，所述入口 54和所述出口 56位于同一嘅轴向端部，具体为所述第一轴向端部50。然而，所述入口和所述出口并非必须处于同一个轴向端部。另外，所述热交换器单元的进一步的改变被参照图10-20在下面讨论。
[0056]根据制冷要求，所述热交换器单元18a、b中的一个或多于一个可以被以其任何组合形式使用。例如，图6A示出了所述热交换器单元18a、18b中的单独一个的使用。图6B示出了所述热交换器单元18a、18b中的两个，它们被以菊花链方式串接在一起，从而使冷却液最初被第一热交换器单元冷却，而后被输出到第二热交换器单元，以便在被引导回到歧管14之前被进一步冷却。图6C示出了所述热交换器单元18a、b中的三个，它们被以菊花链方式串接在一起，从而使冷却液最初被第一热交换器单元冷却，而后被输出到第二热交换器单元以进行进一步冷却，之后在被引导回到歧管14之前再被输出到第三热交换器单元。
[0057]所述热交换器单元可以被设计用于任何类型的热交换，例如传导或对流，并且可以具有任何类型的流程配置，包括但不限于平行流、反流、及交叉流。在一些实施方式中，所述冷却液可以和下面进一步描述的次级冷却液例如水进行热交换。
[0058]所述模块化的系统元件12、14、16、18之间的流体连接可以利用合适的软管实现，所述软管具有用于连接到各种元件的快速连接流体耦合结构。所述软管还可以具有允许适应于不同的流体流量，以及甚至允许调节系统压力的不同尺寸。
[0059]图7示出了此处所描述的所述模块化液体浸没冷却系统的一个实施方式的一种示例性应用。图7中所示的系统60使用所述热交换器单元18a、b中的两个，该两个热交换器单元被埋在地面62中以便在冷却液流过该等热交换器单元时冷却所述冷却液。在本示例中，所述系统60包括被流体连接到所述歧管14b和所述水栗16b的三个不同尺寸的机壳12a、12b、12c。被冷却的冷却液被从所述歧管14b的所述歧管部40输入到所述机壳12a_c中。所述冷却液浸没电子设备，冷却电子设备，并且从电子设备收集热量。被加热的冷却液被栗出到所述歧管的所述歧管部44中，而后进入水栗16b中，所述水栗16b把所述冷却液栗出到所述热交换器单元18a、b，所述热交换器单元18a、b在所述冷却液返回到所述歧管14b之前冷却所述冷却液。
[0060]图8示出了此处所描述的所述模块化液体浸没冷却系统的一个实施方式的另一种示例性应用。图8中所示的系统70使用所述热交换器单元18a、b中的三个，该三个热交换器单元被浸没在水体72中，例如湖、海、大洋、池塘、水箱及其类似物中，以便在冷却液流过该等热交换器单元时冷却所述冷却液。在本示例中，所述系统70包括被流体连接到所述歧管14b和所述水栗16b的两个机壳12a、两个机壳12b和一个机壳12c。被冷却的冷却液被从所述歧管14b的所述歧管部40输入到该等机壳中。所述冷却液浸没电子设备，冷却电子设备，并且从电子设备收集热量。被加热的冷却液被栗出到所述歧管的所述歧管部44中，而后进入水栗16c中，所述水栗16c把所述冷却液栗出到所述热交换器单元18a、b，所述热交换器单元18a、b在所述冷却液返回到所述歧管14c之前冷却所述冷却液。
[0061]图9示出了此处所描述的所述模块化液体浸没冷却系统的一个实施方式的再另一种示例性应用。图9中所示的系统80使用所述热交换器单元18a、b中的三个，该三个热交换器单元像在图7中那样被埋在地面中(或者像在图8中那样被浸没在水体中)，以便在冷却液流过该等热交换器单元时冷却所述冷却液。在本示例中，所述系统80包括和图8中一样的机壳12a-c、歧管14c和水栗16c。然而，在本实施方式中，歧管14被流体连接到制冷剂_水热交换器82。被加热的冷却液被从所述歧管14c引导到所述热交换器82中。在一个分离的循环中，水被水栗84从水箱86栗出到热交换器82，从而与冷却液交换热量并将水加热。所述被加热的水而后可以返回到所述水箱86中或者被引导至别处供使用。在所述热交换器82之后，冷却液被栗出到所述热交换器单元18a、b中，所述热交换器单元18a、b在所述冷却液返回到所述歧管14c之前进一步冷却所述冷却液。
[0062]图10-11示出了所述热交换器单元18a、b的一个示例性结构的进一步的细节。如上所述，所述热交换器单元可以包括第一轴向端部50和第二轴向端部52、液体入口 54以及液体出口 56。所述多个延长的且径向延伸的热交换翅片100被设置在每个单元的外表面102上，并且大致地从所述第一轴向端部50向所述第二轴向端部52轴向地连续延伸。所述热交换器单元的内部被内壁106划分为四个隔开的流体通路104a、b、c、d。另外，每个内壁106包括多个弓形的或弯曲的热交换翅片108，该等热交换翅片108伸入所述流体通路内，并且在它们远离中心延伸的过程中增加周向长度。所述翅片108被径向地彼此间隔以便允许液体在该等翅片之间流动。[〇〇63]在所述热交换器单元18a、b中，位于所述轴向端部50、52的一个或多个端盖110/ 112被用来关闭所述热交换器单元的端部，并控制通过所述热交换器单元的流体的流动路线。例如，在图10及11中，所述端盖11〇、112被配置成使得从所述导管114进入所述入口54以便被冷却的冷却液被所述端盖110引导而流过所述通道l〇4a、104d。所述流体之后轴向地流动到所述热交换器单元的端部，并且而后被所述端盖112引导而轴向地流过所述通道104a、 104c，并且之后经由所述出口 56流出。在本示例中，所述端盖110实质上对进入的流体关闭所述流体通路l〇4b、104c，同时将所述通道104a、104d中的每一个都设置成和所述入口 54连通。类似地，所述端盖112接受所述通道104a、104d内的流体并将所述流体引导至所述通道 104、104c 内。
[0064] 在图10-11中，所述端盖112用于将所述流体通路104a、104d设置成与所述流体通路104b、104c流体连接。
[0065]图14A和图14B示出了一个示例，其中所述端盖112用于为了第一流体而将所述流体通路104a设置成与所述流体通路104b流体连接，以及为了第二流体而将所述流体通路 l〇4d设置成与所述流体通路104c流体连接。所述端盖110包括用于不同流体的两个入口及两个出口，其中所述流体通路l〇4a和第一个入口流体连通而所述流体通路104d和第二个入口流体连通，而所述通道104b、104c对进入的流体关闭但是与所述出口连通。
[0066]图15-20示出了可以通过改变所述端盖的配置而被实现的流动配置的附加的示例性实施方式。
[0067]所述端盖也可以被使用在堆叠式的设置中，用来控制通过所述热交换器单元的所述流体通路的多种流体的流动。
[0068]图12示出了堆叠式端盖114、116和关闭的端盖118的示例。在本示例中，所述端盖 114包括通道120a、120b，它们流体连接所述通道104a、104c或104b、104d中的在直径方向上相对设置的通道。另一方面，所述端盖116包括通道122a、122b，它们流体连接另外两个在直径方向上相对设置的所述通道104a、104c或104b、104d。因此，作为示例，如同图13中所示的那样，一种流体可以从所述热交换器单元的一个通道流出并流入所述通道120a，跨越另一个通道120b，然后在所述热交换器单元的在直径方向上相对设置的流体通路中在相反方向上流动。类似地，一种流体可以从所述热交换器单元的一个通道流出并流入所述通道122a， 跨越另一个通道122b，然后在所述热交换器的在直径方向上相对设置的流体通路中在相反方向上流动。所述端盖118关闭所述热交换器单元的端部。
[0069]所述端盖114、116的旋转可以控制所述热交换器单元的哪些通道被流体连接在一起。另外，若没有流体连接所述通道l〇4a_d中的在直径方向上相对设置的通道，则所述端盖 114、116可以被用于流体连接所述通道104a-d中相邻的通道，例如通道104a、b和通道104c、 d，而后其中所述端盖的旋转就控制所述两个相邻的流体通路中的哪一个被流体连接。
[0070]图20A和20B示出了具有图12及13中所示的配置的端盖114、116、以及所述关闭端盖118的堆叠式配置的示例。在本示例中，所述端盖114流体连接所述通道中的两个，例如用于冷却液的所述通道104a、104c，而所述端盖116流体连接用于第二流体例如水的所述通道 104b、104d，所述第二流体用于和所述冷却液进行热交换。
[0071]这样，通过所述端盖的适当设计和/或利用端盖设计的不同的堆叠式组合，不同的流动路线配置可以被实现。图10-20中所示的所述流动路线和端盖配置仅仅是示例性的。单一式和堆叠式的端盖设计的多种不同配置可以被用于实现其他备选的流动路线配置。
[0072]在不偏离其精神或新颖特性的情况下，此处描述的概念可以被用其他形式实现。 在本申请中被揭露的示例将被在所有方面认为是描述性的而非限制性的。
【主权项】
1.一种用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，包括: 多个模块化的电子设备机壳，每个所述机壳包括容纳多个待进行液体浸没冷却的电子设备元件的液密部分、位于所述液密部分内部的多个电子设备元件、到达所述液密部分的液体入口、以及从所述液密部分引出的液体出口 ； 多个模块化的歧管，所述多个模块化的歧管中的每一个用于流体连接到每一个所述电子设备机壳，每个所述模块化的歧管包括液体输送歧管部和液体返回歧管部、位于所述液体输送歧管部中的多个液体输送出口、位于所述液体输送歧管部中的至少一个液体供应入口、位于所述液体返回歧管部中的多个液体返回入口、以及位于所述液体返回歧管部中的至少一个液体返回出口；并且对于每一个所述模块化的歧管而言，所述液体输送出口的数量和所述液体返回入口的数量在每个所述模块化的歧管之间是不同的，但是在每个所述模块化的歧管之中是相同的； 多个模块化的水栗，所述多个模块化的水栗中的每一个用于流体连接到所述模块化的歧管，每个所述水栗具有不同的水栗性能；以及 多个模块化的热交换器单元。2.如权利要求1所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中具有至少三个所述模块化的电子设备机壳，至少两个所述模块化的歧管，至少三个所述模块化的水栗、以及至少两个所述模块化的热交换器单元;并且 所述至少两个模块化的热交换器单元具有不同的热交换性能。3.如权利要求1所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中所述系统包括下列部件中的每一个: 第一歧管/水栗组合，其中至少一个所述模块化的歧管和至少一个所述模块化的水栗被配置用来共同使用，并且所述电子设备元件在使用期间产生高达大约5kW的能量； 第二歧管/水栗组合，其中至少一个所述模块化的歧管和至少一个所述模块化的水栗被配置用来共同使用，并且所述电子设备元件在使用期间产生大约5kW到大约15kW之间的能量；以及 第三歧管/水栗组合，其中至少一个所述模块化的歧管和至少一个所述模块化的水栗被配置用来共同使用，并且所述电子设备元件在使用期间产生大约15kW到大约30kW之间的會ti。4.如权利要求1所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中: 所述模块化的热交换器单元中的一个具有高达大约5kW的热交换性能;并且 所述模块化的热交换器单元中的一个具有高达大约1kW的热交换性能。5.如权利要求1所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，进一步包括处于每一个所述模块化的电子设备机壳的所述液密部分中的绝缘的冷却液。6.如权利要求5所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中所述绝缘的冷却液为单相液体。7.如权利要求1所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中所述电子设备元件为高功率密度的电子设备。8.如权利要求7所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中所述高功率密度的电子设备用作服务器计算机、刀片服务器、磁盘阵列/存储系统、固态存储器装置、存储区域网络、网络附加存储、存储通信系统、路由器、电信基础设施/交换机、有线、光学及无线通信装置、单元处理器装置、打印机、或者电源。9.如权利要求1所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中每一个所述模块化的热交换器单元包括: 具有外部表面、内部空间、第一轴向端部、以及第二轴向端部的圆柱形外壳；以及 从所述第一轴向端部延伸到所述第二轴向端部的位于所述外部表面上的多个径向延伸的外部热交换翅片。10.如权利要求9所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中每一个所述模块化的热交换器单元进一步包括: 将所述内部空间划分为多个流体通路的多个壁； 从所述壁延伸到所述流体通路内部的多个内部热交换翅片。11.如权利要求1O所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，其中所述内部热交换翅片是弯曲的，在径向上彼此间隔，并且在它们远离所述内部空间的中心延伸的过程中增加周向长度。12.如权利要求9所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，进一步包括位于所述第一轴向端部的至少一个第一端盖、位于所述第二轴向端部的至少一个第二端盖、以及形成在所述至少一个第一端盖中、形成在所述至少一个第二端盖中、或者形成在所述至少一个第一端盖和多数至少一个第二端盖中的每一个中的至少一个液体入口和至少一个液体出口。13.如权利要求10所述的用于电子设备的可缩放的液体浸没冷却系统，进一步包括位于所述第一轴向端部的第一及第二端盖;所述第一端盖包括与所述流体通路中的两个处于流体连通的通道;并且所述第二端盖包括与所述两个流体通路和所述第一端盖中的所述通道处于流体连通的通道、以及和所述流体通路中的另外两个处于流体连通的通道。
【文档编号】H05K7/20GK105981486SQ201480068364
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年11月21日
【发明人】史蒂夫·谢弗, 肖恩·阿契尔, 大卫·艾伦·罗, 莱尔·R·塔夫蒂
【申请人】液体冷却解决方案公司